畢業(yè)糧倉溫度檢測系統(tǒng)(DHT11)1

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第七章總結與體會23致謝24xxxx職業(yè)技專科畢業(yè)設計（論文）

3.2溫濕度電路設計

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為確切的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最正確選則。原理圖如圖3-2所示。

圖3-2溫濕度原理圖

3.2.1電源引腳

DHT11的供電電壓為

3－5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)

在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。

3.2.2串行接口(單線雙向)

DATA用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分,具體格式在下面說明,當前小數(shù)部分用于以后擴展,現(xiàn)讀出為零.操作流程如下:

一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。數(shù)據(jù)格式:8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)

+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)

+8bit校驗和

數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度

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整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)〞所得結果的末8位。

用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉換到高速模式,等待主機開始信號終止后,DHT11發(fā)送響應信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,假使沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式。

1.通訊過程如圖3-3所示

圖3-3通訊過程圖

總線空閑狀態(tài)為高電平,主機把總線拉低等待DHT11響應,主機把總線拉低必需大于18毫秒,保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后,等待主機開始信號終止,然后發(fā)送80us低電平響應信號.主機發(fā)送開始信號終止后,延時等20-40us后,讀取DHT11的響應信號,主機發(fā)送開始信號后,可以切換到輸入模式,或者輸出高電平均可,總線由上拉電阻拉高。如圖3-4所示。

圖3-4通訊過程圖

總線為低電平,說明DHT11發(fā)送響應信號,DHT11發(fā)送響應信號后,再把總線拉高80us,準備發(fā)送數(shù)據(jù),每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平日隙開始,高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1.格式見下面圖示.假使讀取響應信號為高電平,則DHT11沒有響應,請檢查線路是否連接正常.當最終一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us,隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。數(shù)字0信號表示方法如圖3-5所示。

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圖3-5數(shù)字0信號表示方法圖

數(shù)字1信號表示方法.如圖3-6所示。

圖3-6數(shù)字1信號表示方法圖

3-2-3電氣特性

VDD=5V，T=25℃，除非特別標注

參數(shù)供電供電電流采樣周期3-2-4封裝信息封裝如圖4-7所示。

表4-1電氣特性條件mintypDC35測量0.5平均0.2待機100秒1max5.52.51150單位VmAmAuA次

圖3-7封裝圖

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3-2-5DHT11引腳說明

表3-2DHT11引腳說明表

Pin1234名稱VDDDATANCGND解釋供電3－5.5VDC串行數(shù)據(jù)，單總線空腳，請懸空接地，電源負極3.3報警電路設計

報警采用控制器輸出脈沖信號經一級放大電路驅動蜂鳴器報警的實現(xiàn)。電路原理圖如圖3-8所示。

圖3-8報警電路原理圖

蜂鳴器額定電流IB≤30mA，而對于AT89S52單片機，P1口的灌電流為1．6mA，拉電流為60μA，由此可見，僅靠單片機的P1口電流是不能驅動蜂鳴器的，必需使用集晶體管放大電路，為了使單片機消耗的功率更小，所以使用PNP型晶體管9012。

3.41602液晶顯示模塊電路設計

顯示模塊選用1602字符型液晶模塊1602字符型液晶模塊是點陣型液晶，驅動便利，經編碼后顯示內容多樣化。顯示質量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低的優(yōu)點。顯示容量為16×2個字符，芯片工作電壓為4.5—5.5V，工作電流為2.0mA(5.0V)，

1602LCD采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口。第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。

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第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。

第4腳：RS為寄放器選擇，高電平日選擇數(shù)據(jù)寄放器、低電平日選擇指令寄放器。

第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平日進行讀操作，低電平日進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平日可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平日可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平日可以寫入數(shù)據(jù)。

第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平日，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。

系統(tǒng)采用P0口與液晶數(shù)據(jù)端口相連接，P2.0-P2.2與液晶的RS、W、E控制引腳相連，電路圖如圖3-9所示。

圖3-91602液晶顯示電路原理圖如

3.5NRF24L01無線模塊電路設計

4.5.1nRF24L01無線模塊nRF24L01性能參數(shù)如下：

(1)2.4Ghz全球開放ISM頻段免許可證使用。

(2)最高工作速率2Mbps，高效GFSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合。(3)126頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要。(4)內置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制。

(5)低功耗1.9-3.6V工作，待機模式下狀態(tài)為22uA；掉電模式下為900nA。

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(6)內置2.4Ghz天線，體積小巧15mmX29mm。

(7)模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機使用，軟件編程十分便利。

圖3-10NRF24L01框圖

NRF24L01的框圖如圖3-10所示，從單片機控制的角度來看，我們只需要關注圖3-10的右面的六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。CSN：芯片的片選線，CSN為低電平芯片工作。SCK：芯片控制的時鐘線（SPI時鐘）。

MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線（Masterinputslaveoutput）。MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（Masteroutputslaveinput）。

IRQ：中斷信號。無線通信過程中MCU主要是通過IRQ與NRF24L01進行通信。CE：芯片的模式控制線。在CSN為低的狀況下，CE協(xié)同NRF24L01的CONFIG寄放器共同決定NRF24L01的狀態(tài)。用單片機的P3口做控制，電路原理圖如圖4-6所示。

圖3-11NRF24L01無線模塊電路原理圖

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3.5.2NRF24L01無線模塊Tx與Rx的配置過程

NRF24L01無線模塊發(fā)送與接收的配置如表3-3.3-4所示。

表3-3Tx模式初始化過程

初始化步驟1）寫Tx節(jié)點的地址TX_2）寫Rx節(jié)點的地址（主要是為了使能AutoAck）3）使能AUTOACK4）使能PIPE05）配置自動重發(fā)次數(shù)6）選擇通信頻率24L01寄放器TX_ADDRRX_ADDR_P0EN_AAEN_RXADDRSETUP_RETRRF_CH7）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率）RF_SETUP8)選擇通道0有效數(shù)據(jù)寬度9）配置24L01的基本參數(shù)以及切換工作模式表3-4Rx模式初始化過程

初始化步驟1）寫Rx節(jié)點的地址RX_2）使能AUTOACK3）使能PIPE04）選擇通信頻率RF_5)選擇通道0有效數(shù)據(jù)寬度24L01寄放器RX_ADDR_P0EN_AAEN_RXADDRRF_CHRx_Pw_P0Rx_Pw_P0CONFIG6）配置發(fā)射參數(shù)（低噪放大器增益、發(fā)射功率、無線速率）RF_SETUP7）配置24L01的基本參數(shù)以及切換工作模式Rx

CONFIG3.6PCB板的繪制和生產

3.6.1ProtelDXP2023簡介

ProtelDXP2023是目前印制電路設計應用中最為廣泛的軟件之一，它具有豐富多樣的編輯功能，強大便捷的自動化設計能力，完善有效的檢測工具，靈活有序的設計管理手段。它為用戶提供了極其豐富的原理圖元件庫、PCB元件庫及卓越的庫編輯和

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庫管理。DXP2023SP2設計分工作空間（Workspace）、工程（Project）和含有具體設計內容的文件（Document）三個層次。工作空間文件是關于工作空間的文本文件，它起著鏈接的作用，記錄它管轄下的各種文件的有關信息，以便集成環(huán)境調用。工作空間可以包含多個工程，工程分為：PCB工程、FPGA工程、IntegratedLibrary工程等；不同的工程中又包含著其相應的各種具體內容文件。界面如圖3-12所示。

圖3-12DXP界面圖

3.6.2PCB制作流程

采用4ProtelDXP2023軟件繪制的原理圖和PCB板，（原理圖和PCB板圖見附錄二）使用濕膜制作工藝制作具體過程如圖4-6所示。

裁板

鍍錫拋光烘干刷油墨顯影刷阻焊烘烤曝光鉆孔打印菲林退膜退膜蝕刻圖3-13PCB制作過程圖

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第四章系統(tǒng)軟件設計

4.1軟件設計思路

主機、從機采用模塊化設計。主機主要分為主模塊、無線通信模塊、顯示模塊、報警模塊。從機主要分為主模塊、測溫濕度模塊、無線通信模塊、顯示模塊、報警模塊。主機、從機主模塊實現(xiàn)對其他模塊的管理，主機主模塊參考程序流程圖如圖4-1所示。從機主模塊參考程序流程圖如圖4-2所示。

開始NRF24L01初始化LCD1602初始化接收溫濕度數(shù)據(jù)溫濕度數(shù)據(jù)處理是否報警是本地報警顯示溫濕度鍵盤掃描否

圖4-1主機主模塊參考程序流程

開始

初始化

啟動溫濕度轉換

讀出溫濕度數(shù)據(jù)

發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)

讀出溫濕度數(shù)據(jù)

是否報警是本地報警是否按鍵按下Key1顯示溫度顯示濕度否

Key2

圖4-2從機主模塊參考程序流程

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主機、從機無線通信模塊采用16MHz時鐘，最高工作速率2Mbps，高效GFSK調制，抗干擾能力強。主機采用查詢接收方式，程序流程圖如圖4-3、4-4、4-5所示。

開始設置通道及其地址設置數(shù)據(jù)寬度設置地址寬度設置通信速率、頻道返回圖4-3NRF24L01初始化程序流程

開始開始初始化初始化寫數(shù)據(jù)等待接收啟動發(fā)送讀取數(shù)據(jù)延時返回返回圖4-4NRF24L01發(fā)送程序流程圖4-5NRF24L01發(fā)送程序流程

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從機溫濕度模塊是由溫濕度傳感器DHT11構成。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為確切的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。流程圖如圖4-6所示。LCD1602程序流程圖如圖4-7所示。

開始初始化總線延時跳過應答讀取數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)終止圖4-6DHT11流程圖

開始初始化

寫顯示地址寫顯示數(shù)據(jù)終止

圖4-7LCD1602程序流程圖

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4.2軟件實現(xiàn)思路

從機主程序進行鍵盤掃描，單片機根據(jù)判斷鍵盤那個鍵按下，顯示溫度或濕度。假使key1鍵按下就調用溫度檢測程序，單片機對DHT11進行初始化，成功則讀字節(jié)，再寫入字節(jié)，讀取溫度數(shù)據(jù)送到1602顯示也同時通過NRF24L01無線模塊把數(shù)據(jù)上傳給主機并通過1602液晶顯示。假使key2鍵按下，就調用濕度顯示程序，開啟定時中斷T0、T1，T0進行定時，T1對濕度電路給的頻率計數(shù)，當計滿1S時關閉T1，單片機對計的數(shù)進行運算，的出濕度值，送往液晶顯示也同時通過NRF24L01無線模塊把數(shù)據(jù)上傳給主機并通過1602液晶顯示。

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第五章系統(tǒng)仿真與調試

5.1系統(tǒng)軟件仿真

軟件仿真采用Proteus7.5仿真，PROTEUS系統(tǒng)仿真平臺與開發(fā)平臺是由英國Labcenter公司開發(fā)的，是目前世界上最完整的系統(tǒng)設計與仿真平臺之一。PROTEUS可以實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制系統(tǒng)與外設的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB設計等全部功能。PROTEUS軟件能夠對各種處理器進行實時仿真、調試與測試的EDA工具，真正實現(xiàn)了在沒有目標原形時就可以對系統(tǒng)進行調試與驗證。

當完成原理圖布線后，利用PROTEUSISIS編輯環(huán)境所提供的電器規(guī)則檢查命令對設計進行檢查，并根據(jù)系統(tǒng)提供的錯誤檢查報告修改原理圖。直到通過電器規(guī)則檢查為止。

單片機系統(tǒng)的仿真是PROTEUSVSM的一大特色，同時，本仿真系統(tǒng)將源代碼的編輯和編譯整合到同一設計環(huán)境中，這樣使得用戶可以在設計中直接編輯代碼，并且很簡單地查看到用戶對源程序修改后對仿真結果的影響。源代碼通過編譯無誤后，就可以進行仿真，在仿真過程中不斷完善電路和程序的功能最終達到本次設計的目的。從機軟件仿真圖如圖5-1所示。

圖5-1軟件仿真圖

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5.2系統(tǒng)軟件調試

KeiluVision4是Keil3的升級，其功能和界面都有很大的改變。Keil4軟件調試是十分有用的，能夠減少開發(fā)時間，其能夠實現(xiàn)單步，全速，在線仿真等。調試如圖5-2所示。

圖5-2軟件調試圖

5.3主要指標測試

本系統(tǒng)主要指標就在于所測得的溫濕度的數(shù)據(jù)是否達到了題目要求，本系統(tǒng)測量范圍為-10-50℃，濕度為0-100%；溫度測量誤差為0.1℃，濕度測量誤差為2%；并能檢測50*50*50M3大小糧倉的溫濕度，通過NRF24L01無線模塊上傳給主機并集中顯示其溫度和